CN112408913A - 利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法 - Google Patents

利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及非开挖顶管工程技术领域，尤其涉及一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法，其具体包括以下步骤：S1、分别称取定量的渣土、凝胶材料、减水剂和水；其中，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5，水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50；S2、先将S1中称取的渣土、凝胶材料和水搅拌均匀后，加入减水剂继续搅拌至均匀，将得到的混合物静置15～20min后，即可得到所述低强度材料。本发明制备低强度材料的原料适应性广泛易取得，且高效合理的利用了顶管施工现场的废气渣土，环保性强，还减少了运送渣土的费用，大大降低了工程的施工成本。

Description

利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法
技术领域
本发明涉及非开挖顶管工程技术领域，尤其涉及一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法。
背景技术
顶管施工是一种地下管道施工技术，相比于传统的开挖技术，它不需要开挖面就能够穿越路面、河道、地面建筑物、地下构筑物等，除此之外，顶管技术还有着施工效率高、工期短、环境影响小和成本低等优势，因此在城市地下管线的建设过程中得到了广泛的应用。
当进行顶管施工时，泥水会随着泥水平衡顶管排出到泥水分离机中，通过振动筛和旋流器的共同作用能够将规定粒径的颗粒分离到渣土箱中，然后通过加入吸水剂，如丙烯酸盐，使其变成可运输的干土，再用渣土车将其运送到指定地点堆放。但是这种渣土的处理方式不仅不符合“绿色施工”的要求，并且还会增加施工成本,顶管工程废弃渣土也没有进行合理的利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法。
本发明提供一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其主要包括以下步骤：
S1、分别称取定量的渣土、凝胶材料、减水剂和水；其中，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5，水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50；
S2、先将S1中称取的渣土、凝胶材料和水搅拌均匀后，加入减水剂继续搅拌至均匀，将得到的混合物静置15～20min后，即可得到所述低强度材料。
进一步地，S1中所述凝胶材料为粉煤灰和水泥的混合物，且水泥和粉煤灰的质量比为1:1～1.5。
进一步地，S1中所述减水剂为聚羧酸减水剂。
进一步地，S2中搅拌速率为445～460r/min。
一种如上述方法制得的低强度材料，其主要包括渣土、凝胶材料、减水剂和水，其中，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5，水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50。
根据权利要求5所述的一种低强度材料，所述低强度材料的搅拌的流动度为220～255mm，泌水率小于3％，7d抗压强度为1.2-3.8MPa。
一种利用低强度材料回填柔性管道的方法，其主要包括以下步骤：
S1、对用于预埋顶管的沟槽进行预处理；
S2、于沟槽底部填平一层第一砂层后，安装柔性管道；
S3、柔性管道施工完毕后，向沟槽内回填如权利要求5或6所述的低强度材料至预设高度，并静置至所述低强度材料成形后，形成低强度材料层；
S4、再向低强度材料层的上方填铺第二砂层后，柔性管道的回填操作完成。
进一步地，S2中第一砂层由颗粒粒径0.25-0.5mm的碎砂石制成，其厚度为250-300mm，第一砂层的压实度大于90％。
进一步地，低强度材料的回填高度至柔性管道的管顶50cm。
进一步地，第二砂层由颗粒粒径为0.25-0.5mm的碎砂石制成，其厚度不宜小于100mm，第二砂层的压实度不低于95％。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明所述的一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料及柔性管道回填方法，其具有以下优点：
(1)本发明制备低强度材料的原料适应性广泛易取得，且高效合理的利用了顶管施工现场的废气渣土，环保性强，还减少了运送渣土的费用，大大降低了工程的施工成本；
(2)本发明制得的低强度材料，相比于传统的回填材料而言，其具有较强的流动性和抗压强度，对于一些柔性管道外部结构与土之间的孔隙可以有效的回填，能够应用于大多数回填工程；
(3)本发明制备低强度材料的方法具有工序简单和实施成本低等优点，除此之外，相较于传统的回填材料，这种材料无须压实，可以极大避免沉陷造成的工程问题；
(4)采用本发明的低强度材料回填方法不仅能够有效回填管道结构与土之间的孔隙，也极大的减小了柔性管道上覆荷载，防止了管道因为过载而导致破裂问题的产生。
附图说明
图1是本发明所述低强度材料回填柔性管道的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
美国混凝土协会(ACI116R)将低强度材料(CLSM)定义为：28d抗压强度不大于8.3MPa，具有高流动性，在自重作用下无需或少许振捣，可自行填充，形成自密实结构的替代传统回填材料的材料。
本发明的实施例提供了一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其主要包括以下步骤：
S1、分别称取定量的渣土、凝胶材料、减水剂和水。其中，所述凝胶材料为粉煤灰和水泥的混合物，且水泥和粉煤灰的质量比为1:1～1.5，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5,水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50。最佳的，本发明所用渣土为顶管工程的废弃渣土，废弃渣土的含水率为23％，含沙量为30％，粒径为0.5～3cm，将废弃渣土经过前期预处理，预处理的具体步骤为：将渣土放进烘箱中，温度设定在105℃持续烘烤8h小时，之后再通过筛网，筛选出颗粒小于4.75mm的土颗粒，即得到本发明所述渣土。水泥和粉煤灰均为由市面上购得的P.O42.5普通硅酸盐水泥和粉煤灰，减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率为30％。
S2、先将S1中称取的渣土、凝胶材料和水搅拌均匀后，加入减水剂继续搅拌至均匀，将得到的混合物静置15～20min后，即可得到所述低强度材料；其中，为了提高搅拌速率，本发明采用搅拌机对物料进行搅拌。先将渣土和凝胶材料依次加入到搅拌机中，以445～460r/min的速率搅拌30～60s后，再加入水，再以445～460r/min的速率继续搅拌2～3min后，加入减水剂，以450r/min的速率搅拌1～2min，得到混合物。将混合物静置15～20min，使减水剂能够充分发挥作用，若在静置过程中出现明显的凝聚块，则需再次进行搅拌直至凝聚块消失。待测得混合物的搅拌的流动度为220～255mm，泌水率小于3％，7d抗压强度为1.2～3.8MPa时，即得到所述低强度材料。
一种利用上述方法得到的低强度材料回填柔性管道的方法，其主要包括以下步骤：
S1、对用于预埋顶管的沟槽进行预处理，其具体操作为，将沟槽内的砖、石、木块等杂物以及积水清理干净；需要说明的是，本发明所述沟槽为用于预埋顶管所开挖的沟槽；
S2、于沟槽底部填平一层第一砂层后，安装柔性管道；具体的，本发明中第一砂层由颗粒粒径为0.25-0.5mm的碎砂石制成，其厚度为250-300mm，砂层的压实度大于90％；在此，需要说明的是，本发明中柔性管道安装施工方法适用于现有技术；
S3、柔性管道施工完毕后，向沟槽内回填所述低强度材料至预设高度后，静置4-6h，以形成低强度材料层；具体的，向沟槽内回填所述低强度材料之前，应将低强度材料搅拌均匀。当低强度材料的回填高度至柔性管道的管顶50cm-70cm，即为本发明低强度材料的预设高度。低强度材料回填后，将其静置凝结4-6h后，即可进行下一步操作。利用低强度材料回填沟渠，能够有效避免柔性管道因上覆荷载导致的管道破裂，同时低强度材料无需压实，紧密贴合柔性管道，减缓了腐蚀作用。
S4、再向低强度材料层的上方填铺第二砂层后，柔性管道的回填操作完成，低强度材料回填柔性管道的结构如图1所示。具体的，本发明中第二砂层由颗粒粒径0.25-0.5mm的碎砂石制成，其厚度不宜小于100mm，砂层的压实度大于95％；
本发明所述低强度材料可满足柔性管顶的压实性要求(柔性管顶的压实性要求为：柔性管顶至其管顶距离50厘米以下部分的低强度材料其压实度不低于85％，管道两侧至管顶范围的低强度材料其压实度不低于95％，其余部分的低强度材料其压实度不低于90％)。
<实施例1>
S1、以重量份为计，分别称取1000份渣土、120份粉煤灰、100份水泥、305份水和244份减水剂；
S2、先将S1中称取的渣土和凝胶材料依次加入到搅拌机中，以为450r/min的速率搅拌30s后，再加入水，再以450r/min的速率继续搅拌2～3min后，加入减水剂，以450r/min的速率搅拌2min，得到混合物。将混合物静置15min，使减水剂能够充分发挥作用，若在静置过程中出现明显的凝聚块，则需再次进行搅拌直至凝聚块消失，得到低强度材料。
测得本实施例制得的低强度材料的流动性为233mm，沁水率为2.64％，7d抗压强度为1.40MPa。
<实施例2>
S1、以重量份为计，分别称取1000份渣土、130份粉煤灰、130份水泥、315份水和252份减水剂；
S2、先将S1中称取的渣土和凝胶材料依次加入到搅拌机中，以为450r/min的速率搅拌30s后，再加入水，再以450r/min的速率继续搅拌2min后，加入减水剂，以450r/min的速率搅拌2min，得到混合物。将混合物静置15min，使减水剂能够充分发挥作用，若在静置过程中出现明显的凝聚块，则需再次进行搅拌直至凝聚块消失，得到低强度材料。
测得本实施例制得的低强度材料的流动性为242mm，沁水率为2.73％，7d抗压强度为1.35MPa。
<实施例3>
S1、以重量份为计，分别称取1000份渣土、150份粉煤灰、150份水泥、325份水和260份减水剂；
S2、先将S1中称取的渣土和凝胶材料依次加入到搅拌机中，以为450r/min的速率搅拌30s后，再加入水，再以450r/min的速率继续搅拌2min后，加入减水剂，以450r/min的速率搅拌2min，得到混合物。将混合物静置15min，使减水剂能够充分发挥作用，若在静置过程中出现明显的凝聚块，则需再次进行搅拌直至凝聚块消失，得到低强度材料。
测得本实施例制得的低强度材料的流动性为228mm，沁水率为2.28％，7d抗压强度为1.69MPa。
<对比例1>
S1、以重量份为计，分别称取1000份渣土、150份粉煤灰、150份水泥和325份水；
S2、先将S1中称取的渣土和凝胶材料依次加入到搅拌机中，以为450r/min的速率搅拌30s后，再加入水，再以450r/min的速率继续搅拌2min后，加入减水剂，以450r/min的速率搅拌2min，得到混合物。将混合物静置15min，使减水剂能够充分发挥作用，若在静置过程中出现明显的凝聚块，则需再次进行搅拌直至凝聚块消失，得到低强度材料。
测得本实施例制得的低强度材料的流动性为277mm，沁水率为3.14％，7d抗压强度为0.73MPa。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：
S1、分别称取定量的渣土、凝胶材料、减水剂和水；其中，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5，水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50；
S2、先将S1中称取的渣土、凝胶材料和水搅拌均匀后，加入减水剂继续搅拌至均匀，将得到的混合物静置15～20min后，即可得到所述低强度材料。
2.根据权利要求1所述的一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其特征在于，S1中所述凝胶材料为粉煤灰和水泥的混合物，且水泥和粉煤灰的质量比为1:1～1.5。
3.根据权利要求1所述的一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其特征在于，S1中所述减水剂为聚羧酸减水剂。
4.根据权利要求1所述的一种利用顶管废弃渣土制备低强度材料的方法，其特征在于，S2中搅拌速率为445～460r/min。
5.一种如权利要求1-4任一项所述方法制得的低强度材料，其特征在于，其主要包括渣土、凝胶材料、减水剂和水，其中，凝胶材料的质量为渣土质量的1/5～3/10，减水剂的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/6～1/5，水的质量为凝胶材料与渣土总质量的1/4～19/50。
6.根据权利要求5所述的一种低强度材料，其特征在于，所述低强度材料的搅拌的流动度为220～255mm，泌水率小于3％，7d抗压强度为1.2-3.8MPa。
7.一种利用低强度材料回填柔性管道的方法，其特征在于，其主要包括以下步骤：
S1、对用于预埋顶管的沟槽进行预处理；
S2、于沟槽底部填平一层第一砂层后，安装柔性管道；
S3、柔性管道施工完毕后，向沟槽内回填如权利要求5或6所述的低强度材料至预设高度，并静置至所述低强度材料成形后，形成低强度材料层；
S4、再向低强度材料层的上方填铺第二砂层后，柔性管道的回填操作完成。
8.根据权利要求7所述的一种利用低强度材料回填柔性管道的方法，其特征在于，S2中第一砂层由颗粒粒径为0.25-0.5mm的碎砂石制成，其厚度为250-300mm，第一砂层的压实度大于90％。
9.根据权利要求7所述的一种利用低强度材料回填柔性管道的方法，其特征在于，低强度材料的回填高度至柔性管道的管顶50cm。
10.根据权利要求7所述的一种利用低强度材料回填柔性管道的方法，其特征在于，第二砂层由颗粒粒径为0.25-0.5m的碎砂石制成，其厚度不宜小于100mm，第二砂层的压实度大于95％。
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